AVANZA Presentación Física y Química AVANZA tiene como meta que el alumno alcance los contenidos mínimos de la materia. Su planteamiento es sencillo y directo. Los contenidos se organizan en dobles páginas formadas por:
• Un texto claro y estructurado. • Unas actividades de repaso y refuerzo del texto al que acompañan.
Cada unidad se completa con elementos que facilitan el estudio: esquemas, resúmenes finales, autoevaluaciones..., sin olvidar el trabajo de las competencias básicas del área. Un material adecuado para distintas situaciones y contextos de aula: diversificación, adaptación curricular, PMAR...
ESO
Física y Química
Esquema de la unidad Al empezar la unidad, verás… • De manera gráfica, una aplicación de los contenidos de la unidad a elementos o hechos de la vida cotidiana. • Un recuadro con los puntos más importantes que aprenderás, tanto respecto a los contenidos (Saber) como a las técnicas o los procedimientos (Saber hacer). • En el recuadro con el título Interpreta la imagen, encontrarás actividades que te permitirán consolidar los contenidos que se presentan de manera gráfica. • En el recuadro titulado Claves para empezar, te planteamos una serie de preguntas que te ayudarán a conocer los contenidos de la unidad y a descubrir qué conocimientos tienes ya sobre el tema.
1
NOS HACEMOS PREGUNTAS.
La ciencia y la medida
¿Cómo podemos medir el tiempo?
Medir el tiempo ha sido, desde siempre, una necesidad. Para controlar el tiempo de cocción de los alimentos, por ejemplo. Desde los primeros relojes de sol hasta la actualidad se han ideado diversos métodos, algunos muy ingeniosos, para conocer con precisión el tiempo
Ahora casi todos llevamos un reloj en la muñeca y sabemos la hora exacta gracias a los relojes de cuarzo, ya sean de agujas Cada vuelta del segundero provoca o de pantalla digital. La duración de un minuto, por ejemplo, el avance de un minuto. Cada vuelta del debe ser la misma en cualquier lugar y en cualquier instante, provoca el avance de una hora. sea como sea el reloj usado. SABERminutero
• Ciencia o ciencias. Una rueda permite mover las agujas de manera manual para ajustar el reloj, algo poco usado dada la exactitud de estos aparatos.
• El método de las ciencias experimentales. • La medida.
Los gases y las disoluciones
2
transcurrido.
SABER
3
• Los gases y la presión atmosférica.
• El trabajo en el laboratorio.
• La teoría cinética de los gases.
• Resolver problemas. • Elaborar e interpretar gráficas.
• Las disoluciones.
• Interpretar los datos de un experimento.
• La solubilidad. Pila
El agua del mar se distribuye en distintas parcelas y a continuación se cierra el acceso para que no entre más agua salada.
Circuito
SABER HACER
5 Cuando se ha evaporado la suficiente cantidad de agua la sal disuelta empieza a cristalizar.
Observa en estas páginas cómo obtenemos sal en la actualidad. Luego la usamos en la cocina, pero también para conseguir carreteras menos resbaladizas en invierno o para conservar alimentos.
El grosor de la capa de agua salada en cada parcela es de unos pocos centímetros.
2
• Las leyes de los gases.
SABER HACER
NOS HACEMOS PREGUNTAS. ¿Cómo se obtiene la sal? Puede parecernos que la sal es una sustancia con poco valor. En efecto, podemos comprar un kilogramo en el mercado por poco dinero. Pero antes no era así. De hecho, la palabra salario empleada para pagar el sueldo a un trabajador se usa porque hace siglos el pago a ciertos trabajadores se llevaba a cabo en forma de… sal.
4 A medida que el agua se evapora se reduce el espesor de la capa que contiene la sal.
• Resolver problemas. • Interpretar los resultados de un experimento. Las agujas se mueven de manera rigurosa. Los relojes de cuarzo son muy exactos: se desvían de la hora verdadera un segundo al mes o incluso menos.
Cristal oscilador de cuarzo
1
El reloj consume poca energía, por lo que una sola pila puede durar varios años.
En los relojes de agujas el motor eléctrico recibe los impulsos generados por el chip y produce un movimiento que se transmite a los engranajes.
EVOLUCIÓN DEL RELOJ Reloj de sol
Clepsidra
Reloj de péndulo
Reloj de arena
Reloj mecánico de cuerda
Reloj de cuarzo
Microprocesador
En las salinas costeras se abre una compuerta para captar agua cuando la marea está alta. Las vibraciones del cristal llegan a un minúsculo chip capaz de amplificarlas y generar impulsos eléctricos que se transmiten a una pantalla (relojes digitales) o a un motor (de agujas).
Imán
El elemento clave de un reloj de cuarzo es el cristal de cuarzo. Los impulsos eléctricos que genera la pila se transmiten al cristal, que vibra ¡32 768 veces por segundo!, de manera muy precisa.
En un reloj de cuarzo una pequeña pila de botón proporciona la energía necesaria.
Bobina
6
• ¿Qué precisión tiene el reloj digital de cuarzo del recuadro? ¿Y el reloj de cuerda? • ¿Qué queremos decir al indicar que los relojes de cuarzo son muy exactos? • Explica por qué se usan engranajes de diferentes tamaños en los relojes.
?
La sal está formada por muchísimos átomos de cloro y de sodio enlazados.
En el agua de mar hay 30 g de sal por cada litro de agua aproximadamente.
Las salinas costeras se ubican en zonas de marismas habitualmente, donde llueve • ¿Cuál es la unidad empleada para medir el tiempo poco y el clima es cálido. en el Sistema Internacional de unidades?
CLAVES PARA EMPEZAR
INTERPRETA LA IMAGEN
Una vez cristalizada, la sal se recoge y se almacena.
• Opina. ¿Cuáles son para ti las mayores ventajas de un reloj de cuarzo frente a cada uno de los relojes que lo han precedido
7 La sal se lava antes de ser distribuida.
INTERPRETA
LA IMAGEN cronológicamente?
CLAVES PARA EMPEZAR
• ¿Cómo se encuentra la sal en el agua del mar? ¿Cómo la encontramos en los supermercados?
• Pon ejemplos de sustancias que utilizas habitualmente y que sean mezclas de otras sustancias más simples.
7
• ¿Qué cambios de estado se producen en unas salinas? ¿Por qué se sitúan las salinas en lugares cálidos y con clima seco?
6
• ¿Conoces algunos ejemplos de disoluciones? ¿Qué sustancias las forman?
30 31
En las páginas de contenidos y actividades, encontrarás… • Textos explicativos que te servirán para comprender y estudiar los contenidos de cada unidad, con las definiciones esenciales destacadas con un fondo de color. • Recuérdalo: recuadros con contenidos de otros cursos o estudiados en unidades anteriores. • Presta atención: recuadros con contenidos esenciales para estudiar la unidad. • Ejemplos resueltos: ejemplos, numéricos o no, que te ayudarán a resolver los problemas que se proponen. • Saber hacer: una muestra de procedimientos sencillos que hay que dominar para asimilar los contenidos de cada unidad. • Una página con actividades sencillas que te permitirán repasar los contenidos trabajados. y la medida ciencia La La química reacción
ACTIVIDADES ACTIVIDADES
1
son 11 Indica afirmaciones que para siguientes de las colisiones, teoría Segúnsilalas
Las reacciones químicas
Todas las reacciones químicas desprenden energía o la absorben. A menudo, cuando se produce una reacción química, tiene lugar un cambio notorio que indica que se está formando algo nuevo. Por ejemplo: • La aparición repentina de un sólido.
Cuando la cinta de magnesio (Mg) se enciende, reacciona con el oxígeno (O2) del aire y se transforma en una sustancia pulverulenta, que es óxido de magnesio, MgO.
El mármol es carbonato de calcio, CaCO3. Si viertes un ácido encima del mármol, verás
SABER MÁS
La gran contribución de Lavoisier a la química fue la sistematización del método experimental y el uso de la balanza en todas las determinaciones. Es conocida su frase: «Nada se crea, nada se destruye, todo se transforma.» Murió guillotinado a los 51 años, durante la Revolución Francesa.
y los productos que se forman en las siguientes específicas. reacciones químicas: f) Resistencia. a) Temperatura. a) El butano (C4H10) se quema en contacto g) Color. b) Flexibilidad. con el oxígeno del aire y se convierte en dióxido h) Brillo. c) Rigidez. de carbono y vapor de agua.
Productos
Reactivos H2
Cl2
d) Volumen. HCl
c) Metano + oxígeno " dióxido de carbono + agua a) NO + O2 " NO2
6 Completa las oraciones con la opción correcta. 7 De los siguientes aspectos de la materia, indica tenga lugar seCHdeben Para que una reacción química 4 (F). (Q) y cuáles la física
O2
"
CO2
+
H2O
O2
+
cuáles estudia la química cumplir las siguientes condiciones:
"
CO2
+
H2O
3. De manera similar ajustamos Hay 4 átomos de H en los reactivos (CH4) y solo 2 átomos de H en los la materia. deproductos/reactivos composición La productos (H2O). Tenemos deben de los moléculas a)elLas hidrógeno. que poner 2 H2O para que haya 4 átomos de H en los productos.
Problemas
Zn + 2 HCl " ZnCl2 + H2
f) HI " H2 + I2
mol de
Encender una bombilla.
NaOH
mol de
+
hidróxido de sodio
CO2
y
mol de
" Na2CO3 + H2O
dióxido carbonato de carbono de sodio
Se obtiene el mismo número de átomos de hidrógeno que de cinc. Se obtienen los mismos gramos de reactivos que de productos.
mol de
agua
Los átomos de cloro que reaccionan son los mismos que los que se obtienen.
24 Escribe la reacción química que se esquematiza
b)
HCl "
H2
en el modelo que se presenta a continuación y después ajústala.
+ Cl2
ácido clorhídrico hidrógeno
cloro
Química
c)
CH4
Cu + cobre
2 O2
+
Hacer explotar fuegos artificiales.
CO2
"
+
Elemento
Reactivos
Productos
C
1
1
H
4
4
O
4
4
2 H2O
La ecuación global significa que por cada molécula de metano necesitamos 2 moléculas de oxígeno 9 de 77 para producir 1 molécula dióxido de carbono y 2 moléculas de agua. Recuerda: los nombres que indican la proporción entre las moléculas se llaman coeficientes estequiométricos.
76
reaccionan con
2
Física
5. Comprobamos que con estos vela. una los Encendertodos coeficientes elementos están ajustados, es decir, que hay Calentar leche. la misma que se los enlaces Indicacantidad de átomos b) dehan roto y los enlaces Hacer cada elemento un miembro formado. hanen seyogur. que de la ecuación y en el otro.
En una reacción química la materia no se crea ni se destruye, solo se transforma. En consecuencia, la masa se mantiene constante. La masa total de los reactivos es igual a la masa total de los productos.
Se obtiene el mismo número de gramos de cloruro de cinc (HCl) que de hidrógeno.
y después escríbelas mediante una oración del tipo:
Digerir un bocadillo de queso.
Razónalo.
El cinc reacciona con ácido clorhídrico para formar cloruro de cinc e hidrógeno. ¿Cuáles de las siguientes afirmaciones son falsas? Razona la respuesta.
20 Ajusta las siguientes reacciones químicas
para formar
a) Representa los reactivos y los productos de queso. un bocadillo Preparar un modelo de esferas. mediante de la reacción
Esto es lo que se conoce como ley de conservación de la masa o ley de Lavoisier. Esta ley dice:
23 Observa la siguiente ecuación química:
d) CH4 + O2 " CO2 + H2O e) H2SO4 + NaOH " Na2SO4 + H2O
a)
suficiente. que energía/materia la materia deben experimenta que tener reactivos cambios b) LosLos la transforman en otra de diferente naturaleza. CH4 + O2 " CO2 + 2 H2O se pueden estos problemas de formación cuáles de Indica de del cloruro 78 En la reacción 4. Finalmente, ajustamos el oxígeno. En )los las de hay 2 átomos de O en O2. En los productos hay 2 átomos de O en CO y 2 en 2 H O. enreactivos física y cuáles de hidrógeno clases de estudiar en (H molécula 1 las 2 reacciona hidrógeno, 2 2 En total, 4 átomos de O. Debemos tener 4 átomos de O en los reactivos, química. pero, como ya hay 2 átomos 1 molécula de cloro (Cl2) y da 2 moléculas con de O, ponemos 2 O .
de cloruro de hidrógeno (HCl).
y produce gas hidrógeno (H2) y cloruro de cinc (ZnCl2). En esta reacción se libera energía, que se manifiesta en forma de calor. Escribe la reacción correspondiente y ajústala.
b) N2 + H2 " NH3
chocar/enlazarse. Los cambios que experimenta la materia que no alteran su naturaleza.
y se halla a 25 °C. Con estos datos, ¿puedes saber C B A la muestra? de qué material está constituida
22 El ácido clorhídrico reacciona con el cinc metal (Zn)
c) NO2 + H2O " HNO3 + NO
+
b) Fósforo + oxígeno " óxido de fósforo(V) (P O ) 2 5
19 Ajusta las siguientes ecuaciones químicas:
Ejemplo
los productos? ¿Y enbola tiene mayor densidad? en los madera, ¿qué dereactivos? y otra CH4 ¿Cómo lo sabes?
4 Identifica en las fotografías pruebas que indiquen
H2 + Cl2 " 2HCl
Así, para ajustar la ecuación química de combustión del gas butano (C4H10) hay que hacer lo siguiente:
2. Colocamos delante de cada fórmula un Hay 1 átomo de C en los reactivos (CH4) y 1 átomo de C en los productos (CO2). No hay que añadir ningunúmero para conseguir que los átomos na cantidad: los átomos de carbono están ajustados; son los mismos en los reactivos que en los productos. de cada elemento sean los mismos en conserva el número de moléculas? ¿Se d) los reactivos que en los productos. Empezamos por el carbono.
químico: 10 g de masa tiene 4 Una un cambio de materia se produce que muestra
En una reacción química se mantienen los átomos de los distintos elementos, pero se organizan de manera distinta.
78
formar amoníaco (NH3). Escribe y ajusta la reacción.
separados por una flecha.
HCl
1.1. Qué cambia y qué se conserva en una reacción
100
5
La reacción química
18 El nitrógeno (N2) reacciona con el hidrógeno (H2) para
de hidrógeno hay b) 1. ¿Cuántos Escribimos átomos las fórmulas de La reacción de combustión del metano da como productos dióxido de carbono y agua. en los productos? ¿Yproductos los reactivos? en los reactivos y de los
i) Masa.
c) Cuando se quema la gasolina en el motor de un coche, se combina con el oxígeno y se produce dióxido de carbono y agua.
1
0,9
ACTIVIDADES El ajuste de las ecuaciones químicas
Ajustar una reacción química consiste en encontrar los coeficientes estequiométricos que indiquen que hay el mismo número de átomos de cada elemento a ambos lados de la ecuación.
hay una de plomo medida, 6 c)Entre nitrógeno la misma de de átomos dos bolas ¿Cuántos
j) Punto de ebullición. e) Transparencia. b) Cuando se quema carbón se produce dióxido de carbono. Propiedades específicas Propiedades generales
Si chocan una molécula de H2 y otra de Cl2, el impacto rompe primero los enlaces de las moléculas originales, que después se reagrupan y forman moléculas de HCl.
2970
Pasos a seguir
3 Completa la tabla e indica cuáles de las siguientes 3 propiedades que intervienen Indica los reactivos son generales y cuáles de la materia
Para que tenga lugar una reacción las partículas de los reactivos deben chocar. Si los choques tienen suficiente energía, los átomos de las partículas se separan y se reagrupan para formar nuevas sustancias.
–269
19,3
Alcohol
Vidrio. Sillón. c) Hidrógeno + yodo " ácido yodhídrico Roca. Árbol.
que se forma un burbujeo y, con el tiempo, desaparece. En esta reacción el sólido se ha disuelto (ha desaparecido) y se desprende un gas, el dióxido de carbono, CO2.
En esta reacción se desprende una gran cantidad de luz.
Antoine Laurent Lavoisier (1743-1794)
Sensibilidad. Movimiento. b) Hierro + oxígeno " óxido de hierro(III) Libro. Oro.
Temperatura de ebullición (°C)2.1.
0,126
Oro Agua
y elementos son materia. productos de cada una de las siguientes reacciones: Pelota. + oxígeno " dióxidoFrío. de carbono + agua a) Metano Calentador. Sol.
• Un cambio de temperatura.
Densidad (g/mL)
Helio
a) ¿Cuáles son los reactivos de la reacción? 220 los productos? 0,6 ¿Y Aceite
2 Señala cuáles de los siguientes objetos 2 Indica cuáles son los reactivos y cuáles son los
• La liberación de gas (aparecen burbujas) o de luz.
Disolución de un sólido
Materiales
tipo de materia. un reactivos eslos sustanciade Unamoléculas deben estar d) Las elevada. temperatura aDos trozos de materia no pueden ocupar el mismo lugar.
• Un cambio de color.
Una gran liberación de luz
1 g/mL y hierve a 100 °C. Observa la tabla y razona N2 + 3 H2 " 2 NH3 de qué material se trata.
(F). o falsas verdaderas reacción: se produzca(V)una falta que choquen entre sí las moléculas a) Solo hace El aire no es materia, ya que no tiene masa. de los reactivos. El aire no es materia, ya que no ocupa lugar b) Basta con que las moléculas de los reactivos en el espacio. choquen con la orientación adecuada. sólido, en estado hallen se cuerpos, los Todos los que unen enlaces c) Se tienen que romper los masa. nuevos enlaces. tienen o gaseoso, líquido en y formarse los reactivos átomos
Una reacción química es un proceso en el que se forman sustancias nuevas (productos) a partir de unas sustancias iniciales (reactivos).
15
de densidad tiene una de materia Una muestra amoníaco: del 55 Observa de formación la reacción
O2
" CuO
oxígeno óxido de cobre(II)
d) HCl + Ca(OH)2 " CaCl2 + H2O ácido clorhídrico
e)
Fe
hidróxido de calcio
+
O2
hierro oxígeno
cloruro de calcio
"
agua
Fe2 O3
Azufre
Oxígeno
a) ¿Se conserva el número de átomos en la reacción?
óxido de hierro(III)
21 Escribe estas reacciones químicas ajustadas:
a) Cloro + cobre " cloruro de cobre(II) (CuCl2)
b) ¿Se conserva el número de moléculas en la reacción? c) ¿Se conserva la masa en la reacción?
17/02/16 09:51
550409_Unidad01.indd 9
80 81
2
Investiga
La ciencia y la medida
1
INVESTIGA
Un paso a paso, con ilustraciones, que aplica el contenido aprendido en la unidad a un experimento de laboratorio.
RELACIÓN ENTRE LA MASA Y EL VOLUMEN DE UNA SUSTANCIA
INVESTIGA
Observando a nuestro alrededor parece que el volumen que ocupa una determinada cantidad de sustancia es mayor cuanto mayor es la cantidad de la misma. Planteamos un estudio siguiendo el método científico. Elegimos como sustancia el agua y realizamos esta experiencia:
La reacción química
APRENENTATG APRENDIZAJE ECOOPERATIVO COOPERATIU
5
DOS REACCIONES QUÍMICAS VISIBLES En una reacción química las sustancias se transforman en o tras sustancias distintas. Aunque no siempre es posible, a veces podemos percibir esta transformación, co mo pasa en los dos ejemplos siguientes.
A. OXIDACIÓN DEL MAGNESIO
MATERIAL
MATERIAL
• Tres probetas de diferente capacidad.
• Cristal de reloj.
• Una balanza electrónica.
• Cinta de magnesio. • Pinzas. • Mechero.
PROCEDIMIENTO
Aprendizaje cooperativo
• Balanza (opcional).
3
2
1. Primero, enciende la balanza, coloca la probeta pequeña encima y tárala.
• Gafas (recomendado).
1
PROCEDIMIENTO 1. Corta un trozo de cinta de magnesio (entre 15 y 20 cm). 2. Con las pinzas, sujeta la cinta sobre el cristal de reloj.
A partir del planteamiento de una cuestión o de una actividad relacionada con el tema trabajado, podrás continuar aprendiendo y consolidando los contenidos de la unidad, al mismo tiempo que te beneficias de las aportaciones que implica el trabajo en grupo.
3. Acerca el mechero encendido al extremo libre de la cinta y espera a que empiece a arder.
2. Echa agua en la probeta y colócala en la balanza. Anota la masa y el volumen.
3. Repite los pasos 1 y 2 con la probeta mediana.
Completa la tabla con los resultados que obtengas en tu experimento. Probeta 1 (… mL)
Volumen (mL)
4. Luego repite los pasos 1 y 2 con la probeta grande.
Probeta 2 (… mL)
Probeta 3 (… mL)
34 APRENDIZAJE COOPERATIVO. Trabajando
en grupo, elabora un informe científico que recoja este estudio y los apartados: • • • • • •
PRESTA ATENCIÓN
5. Espera a que se queme la mayor parte de la cinta. Entonces abre la pinza, deja que caiga sobre el cristal de reloj el trozo que quedaba cogido y espera a que se apague la llama.
ACTIVIDADES
Resultados experimentales
Masa (g)
4. Tienes que mantener la cinta todo el tiempo sobre el cristal de reloj, de manera que, si cae algún trozo, caiga sobre el cristal.
Título Introducción Metodología Resultados Discusión de los resultados Resumen y conclusión final
Actúa con mucho cuidado y no mires fijamente al magnesio encendido: la luz brillante te podría deslumbrar.
ACTIVIDADES 63 Observa el aspecto y el color inicial de l
de magnesio.
a cinta
64 Observa el aspecto y el color de la susta
ncia que queda en el cristal tras la combustión. ¿Podrías cogerla de nuevo con la pinza, como hacías con el magnesio de la cinta?
23
550409_Unidad01.indd 23
65 Interpreta el experimento.
a) En este experimento hay signos claros de que se ha producido una reacción química. Indica alguno. b) Escribe la ecuación química ajustada del proceso. c) Razona si la masa del producto obtenido es mayor que la masa de la sustancia que ha reaccionado o no.
17/02/16 10:09
93
SABER HACER TÉCNICA. Analizar un gráfico
Cuando se mide la temperatura del líquido refrigerante (anticongelante) de un coche una vez que el vehículo se ha detenido en un garaje a 14 °C de temperatura ambiente, se obtiene un gráfico como el siguiente:
90
Trabajo de las competencias
Temperatura (°C)
80 70
Este apartado incluye un trabajo específico de las competencias, poniendo un especial énfasis en las competencias matemática, científica y tecnológica.
60 50 40 30
Tiempo (h)
20 10 0
1
2
3
4
35 Contesta.
5
c) ¿Pertenecen estas unidades al Sistema Internacional?
8
Después de presentar información con estructura diversa (texto, tablas, gráficos…), se incluyen actividades sobre la información presentada.
representase en kelvin? ¿Y si el tiempo se midiese en minutos? 41 ¿Qué forma tendría el gráfico si la temperatura del
refrigerante disminuyese a un ritmo constante? Elige la opción correcta.
d) ¿Qué representa la línea trazada? 36 Fíjate en los ejes y responde.
7
40 ¿Qué forma tendría el gráfico si la temperatura se
a) ¿Qué magnitudes aparecen representadas en el gráfico? b) ¿Qué unidades se han empleado?
6
a)
T
c)
T
d)
T
a) ¿Cuál era la temperatura inicial del líquido refrigerante? b) ¿Cada cuánto tiempo se ha medido la temperatura del refrigerante? 37 ¿Cómo varía la temperatura del refrigerante a medida
t
b)
T
t
que transcurre el tiempo? 38 ¿Disminuye la temperatura del refrigerante a un ritmo
constante? 39 Calcula la temperatura media de enfriamiento
(en ºC/hora), sabiendo que al cabo de ocho horas la temperatura del refrigerante es de 14 ºC.
t
t
42 Dibuja ahora una nueva gráfica correspondiente al caso
en que el coche se aparca en la calle un día de invierno a una temperatura de 0 °C.
22
550409_promo3esoFyQ.indd 22
29/02/16 10:08
El átomo
3
RESUMEN LOS ÁTOMOS
.
dor del
que giran alrede
encontramos los
• En el
.
y los
están los
• En el
.
muy pequeño y una
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• Los átomos tiene
OS E IONES
ÁTOMOS, ISÓTOP
s partículas.
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• Los
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• Cuando se acerca istinto tipo, se electricidad de d
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.
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• Algunos cuerpos p
Resumen
.
ilar a la del n carga y su masa es sim
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.
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dos mil y una masa que es unas
tienen carga
• Los
dos cuerpos con
, y cuando se aproximan
.
eros: Z X. mbolo y dos núm un átomo se utiliza un sí • Para representar ro de e indica el núme Z representa el ro de e indica el núme A representa el mero de nen el mismo nú topos los átomos que tie • Se denominan isó
Podrás completar un resumen muy sencillo y esquemático de la unidad, que te permitirá comprobar si has aprendido los contenidos más importantes.
A
del núcleo.
mo.
que tiene un áto
más el número de
.
y distinto número de -
-
+ +
+
H
UN ÁTOMO MÁS
H
H
1 1
rdido o g omos que han pe • Los iones son át
3 1
2 1
.
anado
AVANZADO
Modelo de Modelo de
LA RADIACTIVIDAD
s lleva a emitir
tres tipos:
ida puede ser de • La radiación emit • Los procesos radi
activos generan
.
atómicos que lo
gunos experimentan al
s el proceso que
• La radiactividad e
y
,
.
salud.
muy peligrosos para la
59
3
1
La ciencia y la medida
SABER Una rueda permite mover las agujas de manera manual para ajustar el reloj, algo poco usado dada la exactitud de estos aparatos.
• Ciencia o ciencias • El método de las ciencias experimentales • La medida • El trabajo en el laboratorio SABER HACER • Resolver problemas • Elaborar e interpretar gráficas • Interpretar los datos de un experimento
Las agujas se mueven de manera rigurosa. Los relojes de cuarzo son muy exactos: se desvían de la hora verdadera un segundo al mes o incluso menos.
En un reloj de cuarzo una pequeña pila de botón proporciona la energía necesaria.
El elemento clave de un reloj de cuarzo es el cristal de cuarzo. Los impulsos eléctricos que genera la pila se transmiten al cristal, que vibra ¡32 768 veces por segundo!, de manera muy precisa.
El reloj consume poca energía, por lo que una sola pila puede durar varios años.
EVOLUCIÓN DEL RELOJ
Reloj de sol
4
Clepsidra
Reloj de arena
Reloj de péndulo
Reloj mecánico de cuerda
Reloj de cuarzo
La ciencia y la medida
FÍSICA COTIDIANA.
1
Medir el tiempo
Medir el tiempo ha sido, desde siempre, una necesidad. Por ejemplo, para controlar el tiempo de cocción de los alimentos. Desde los primeros relojes de sol hasta la actualidad se han ideado diversos métodos, algunos muy ingeniosos, para conocer con precisión el tiempo transcurrido.
Cada vuelta del segundero provoca el avance de un minuto. Cada vuelta del minutero provoca el avance de una hora.
Ahora casi todos llevamos un reloj en la muñeca y sabemos la hora exacta gracias a los relojes de cuarzo, ya sean de agujas o de pantalla digital.
Pila Circuito Cristal oscilador de cuarzo
Microprocesador
En los relojes de agujas, el motor eléctrico recibe los impulsos generados por el chip y produce un movimiento que se transmite a los engranajes.
?
Imán
INTERPRETA LA IMAGEN
Bobina
Las vibraciones del cristal llegan a un minúsculo chip capaz de amplificarlas y generar impulsos eléctricos que se transmiten a una pantalla (relojes digitales) o a un motor (de agujas).
CLAVES PARA EMPEZAR
• ¿Qué precisión tiene el reloj digital de cuarzo del recuadro? ¿Y el reloj de cuerda?
• ¿Cuál es la unidad empleada para medir el tiempo en el Sistema Internacional de unidades?
• ¿Qué queremos decir al indicar que los relojes de cuarzo son muy exactos?
• ¿Cuáles son para ti las mayores ventajas de un reloj de cuarzo frente a cada uno de los relojes que lo han precedido cronológicamente?
• Explica por qué se usan engranajes de diferentes tamaños en los relojes.
5
1
RECUÉRDALO Cada cuerpo puede estar formado por diferentes clases de materia, que denominamos sustancias. Por ejemplo, en un lápiz podemos observar fácilmente dos sustancias diferentes: el grafito de la mina y la madera de la cubierta. En el lenguaje habitual se utiliza la palabra Madera materiales como sinónimo de sustancias. Grafito
Densidad
Ciencia o ciencias
1.1. La materia y sus propiedades Materia es todo aquello que ocupa un lugar en el espacio y que tiene masa. Se puede detectar y describir por medio de sus propiedades, que se clasifican en: • Propiedades generales. Las tiene cualquier materia y pueden tener cualquier valor, como la masa, el volumen o la temperatura. No permiten identificar una materia. • Propiedades características o específicas. Tienen un valor característico para cada tipo de materia. Su valor depende del tipo de materia. Dureza
La densidad es una magnitud que mide la cantidad de masa por unidad de volumen.
La dureza de un material determina la resistencia que tiene a ser rayado.
m v Un material muy denso es el plomo y uno poco denso, el corcho.
Un material muy duro es el dia mante y uno muy blando, el talco.
d=
Solubilidad en agua
Conductividad eléctrica
La solubilidad en el agua de una sustancia mide la masa de esta que se puede disolver en 100 g de agua.
La conductividad eléctrica de una sustancia mide la capacidad de trasmitir una corriente eléctrica.
El azúcar es muy soluble en el agua, mientras que el aceite es insoluble e inmiscible.
Los metales son buenos conductores de la electricidad, mientras que los plásticos son aislantes.
1.2. Ciencias experimentales El diccionario define ciencia como aquella actividad que se ocupa de resolver problemas mediante la observación y la lógica. La física y la química son ciencias experimentales ya que, además de la observación y la lógica, utilizan la experimentación y la medida. La física estudia cualquier cambio que experimente la materia en el que no cambie su naturaleza interna. Si ponemos el agua de un vaso en un cazo y lo calentamos, se convierte en vapor. Si la enfriamos, en hielo. En cualquier caso, la sustancia sigue siendo agua. Decimos que ha experimentado un cambio físico. La química estudia cómo está constituida la materia y los cambios que afectan a su propia naturaleza. La química estudia cómo es el agua, qué elementos químicos la forman y como están unidos. La corriente eléctrica puede descomponer el agua en dos gases, hidrógeno y oxígeno. Esta descomposición es un cambio químico. 6
La ciencia y la medida
ACTIVIDADES 1 Indica si las siguientes afirmaciones son
verdaderas (V) o falsas (F). El aire no es materia, ya que no tiene masa.
1
5 Una muestra de materia tiene una densidad de
1 g/mL y hierve a 100 °C. Observa la tabla y razona de qué material se trata. Densidad (g/mL)
Temperatura de ebullición (°C)
Helio
0,126
–269
Oro
19,3
2970
Agua
1
100
Aceite
0,6
220
Alcohol
0,9
78
El aire no es materia, ya que no ocupa lugar en el espacio.
Materiales
Todos los cuerpos, se hallen en estado sólido, líquido o gaseoso, tienen masa. Una sustancia es un tipo de materia. Dos trozos de materia no pueden ocupar el mismo lugar. 2 Señala cuáles de los siguientes objetos
y elementos son materia. Pelota.
Frío.
Sol.
Calentador.
Movimiento.
Sensibilidad.
Oro.
Libro.
Sillón.
Vidrio.
Árbol.
Roca.
6 Entre dos bolas de la misma medida, una de plomo
y otra de madera, ¿qué bola tiene mayor densidad? ¿Cómo lo sabes?
3 Completa la tabla e indica cuáles de las siguientes
propiedades de la materia son generales y cuáles específicas. a) Temperatura.
f) Resistencia.
b) Flexibilidad.
g) Color.
c) Rigidez.
h) Brillo.
d) Volumen.
i) Masa.
La composición de la materia.
e) Transparencia.
j) Punto de ebullición.
Los cambios que experimenta la materia que no alteran su naturaleza.
Propiedades generales
Propiedades específicas
7 De los siguientes aspectos de la materia, indica
cuáles estudia la química (Q) y cuáles la física (F).
Los cambios que experimenta la materia que la transforman en otra de diferente naturaleza. 8 Indica cuáles de estos problemas se pueden
estudiar en las clases de física y cuáles en las de química. Problemas 4 Una muestra de materia tiene 10 g de masa
y se halla a 25 °C. Con estos datos, ¿puedes saber de qué material está constituida la muestra? Razónalo.
Física
Química
Preparar un bocadillo de queso. Digerir un bocadillo de queso. Encender una bombilla. Hacer explotar fuegos artificiales. Encender una vela. Calentar leche. Hacer yogur.
7
2 PRESTA ATENCIÓN Algunos de los pasos del método científico pueden repetirse o no hacerse. Por ejemplo, los astrónomos solo miden lo que pasa en el universo, pero no pueden experimentar con él.
El método de las ciencias experimentales
Se denomina método científico al procedimiento que se sigue para estudiar los problemas y llegar a conclusiones ciertas. El método científico sigue una serie de pasos, que son: 5. Definición de leyes. 1. Observación. 6. Establecimiento de teorías. 2. Elaboración de hipótesis. 3. Experimentación. 7. Publicación de resultados. 4. Análisis de resultados.
2.1. La observación Consiste en analizar el fenómeno usando nuestros sentidos. Como resultado, identificamos el problema y nos hacemos preguntas sobre él. SABER HACER Observar cómo caen los objetos Deja caer una goma de borrar, unas llaves y una hoja de papel desde la altura de tu hombro. Observa cómo caen, cuánto tiempo tardan, etc. • Problema: cuando un cuerpo se deja libre, cae. • Preguntas: ¿Por qué caen unos cuerpos más rápido que otros? ¿Por qué caen unos cuerpos en línea recta y otros parecen volar?
2.2. Las hipótesis Una vez identificado el problema y planteadas las preguntas, el científico trata de dar una respuesta. Son respuestas hipotéticas y habrá que comprobarlas. Una hipótesis es una suposición sobre un hecho real. Debe formularse de forma concreta y se debe poder comprobar.
2.3. La experimentación Para comprobar si la hipótesis es cierta o no, hay que diseñar un experimento. Experimentar es repetir el fenómeno observado en condiciones controladas, para saber qué variables influyen en él y cómo lo hacen. • Las variables independientes son aquellas cuyos valores podemos elegir libremente. • Las variables dependientes son aquellas cuyos valores quedan establecidos por las variables independientes. 8
La ciencia y la medida
ACTIVIDADES
1
1. EJEMPLO RESUELTO Estudia el problema sobre qué pasa cuando dejamos caer libremente varios objetos: una goma, unas llaves y una hoja de papel.
Experimento 2: observar cómo caen los objetos de la misma masa y diferente forma externa.
a) ¿Qué observación nos ha llevado a plantear este problema?
1. Cierra las puertas y las ventanas para evitar corrientes de aire que puedan desviar la trayectoria de los objetos.
b) ¿Qué hipótesis comprobaremos?
2. Toma dos hojas de papel iguales y arruga una.
c) Diseña un experimento para comprobar si son ciertas cada una de las hipótesis.
3. Déjalos caer desde la misma altura.
d) Si alguna de estas hipótesis resultara ser falsa, formula una nueva y diseña un experimento para comprobarla. a) Hemos observado que los objetos más pesados caen más rápidamente y en línea recta. En cambio, los objetos menos pesados tardan más en caer y lo hacen volando. b) Las hipótesis de nuestro estudio son: • La rapidez con que cae un cuerpo que se deja libre es mayor cuanto mayor es su masa. • La trayectoria con que cae un cuerpo es más recta cuanto mayor es su masa. c) Experimento 1: observar cómo caen objetos de masa diferente. 1. Determina su masa con una balanza. 2. Déjalos caer desde la misma altura. 3. Mide el tiempo que tardan en caer.
Llaves
Goma
Papel
Masa
32 g
7g
1,5 g
Tiempo
0,8 s
1,3 s
5,4 s
Conclusión: la primera hipótesis parece ser cierta. Los objetos caen más rápidamente cuanto mayor es su masa.
9 Para estudiar el problema de la evaporación del
4. Mide el tiempo que tardan en caer. Papel
Bola de papel
Masa
1,5 g
1,5 g
Tiempo
5,4 s
1,7 s
Conclusión: la segunda hipótesis parece ser falsa. La trayectoria con que cae no depende de su masa, sino de su forma. d) Formulamos una nueva hipótesis: • La forma de un objeto influye en la rapidez con la que cae. Para comprobar esta hipótesis, sería necesario realizar un nuevo experimento. Experimento 3: observar cómo caen objetos de diferente masa pero con la misma forma. • Colocamos objetos de diferente masa –una bola de metal, arena y un trozo de papel de aluminio arrugado– dentro de bolas vacías iguales. • Las dejamos caer desde la misma altura. • Medimos el tiempo que tardan en caer. Conclusión: todas las bolas caen a la vez; por lo tanto, la rapidez con la que caen depende de su forma, pero no de su masa.
a) ¿Qué observación nos lleva a plantear el problema?
agua, se diseña un experimento. Con una probeta medimos 50 mL de agua y los vertimos: • En un vaso de tubo alto.
• En un plato.
• En un vaso ancho y bajo.
b) ¿Qué hipótesis queremos comprobar?
Al día siguiente medimos la cantidad de agua que hay en cada recipiente y calculamos la que se ha evaporado. Responde:
9
2.4. El análisis de los resultados: tablas y gráficos La experimentación es una de las partes fundamentales del trabajo científico. Esta etapa se basa en la realización de medidas y en la obtención de datos. Para obtener resultados y conclusiones correctas es fundamental ordenar y clasificar los datos y representarlos gráficamente.
RECUÉRDALO • El eje horizontal se llama eje X o eje de abscisas.
En las tablas de datos se recogen las variaciones de una magnitud en función de otra. Por ejemplo, podemos dejar caer una bola desde la terraza de un edificio y medir su velocidad cada dos segundos. Ordenamos los datos obtenidos:
• El eje vertical se llama eje Y o eje de ordenadas. • El punto en que los ejes se cortan recibe el nombre de origen de coordenadas.
1.ª medida
2.ª medida
3.ª medida
4.ª medida
5.ª medida
6.ª medida
Tiempo (s)
0
2
4
6
8
10
Velocidad (m/s)
0
20
40
60
80
100
Magnitud
Una vez recogidos los resultados en una tabla, se representan los datos en un sistema de referencia cartesiano con dos rectas graduadas, llamadas ejes de coordenadas. Los gráficos muestran de manera visual la relación entre dos variables. Dibujaremos el gráfico correspondiente a los datos obtenidos. SABER HACER Elaborar un gráfico 1. Dibuja dos ejes y escribe el nombre o el símbolo de las magnitudes, seguidas de su unidad.
3. Representa con un punto el lugar donde confluye cada par de valores. v (m/s) 100
v (m/s)
80 60 40 20 0
t (s)
0
2. Teniendo en cuenta los valores máximo y mínimo de la tabla, anota la escala de cada eje. v (m/s)
4
6
8
10
t (s)
4. Traza la línea que une los puntos y marca mejor la tendencia. v (m/s) 100
100
PRESTA ATENCIÓN
80
La escala de un eje es independiente de la del otro.
60 40
Algunos puntos pueden quedar por encima o por debajo de la línea.
80 60 40
La línea de ajuste puede ser una recta, una hipérbola o una parábola.
20
20
0
0 0
10
2
2
4
6
8
10
t (s)
0
2
4
6
8
10
t (s)
La ciencia y la medida
ACTIVIDADES
1
b) Dibuja su representación gráfica. 2. EJEMPLO RESUELTO Un paracaidista salta desde un helicóptero situado a gran altura. Sabiendo que por cada segundo que cae sin abrir el paracaídas su velocidad aumenta 36 km/h, dibuja un gráfico de la velocidad desde el primer segundo hasta que pasan 6 segundos. Explica la relación entre la velocidad y el tiempo. Magnitud
1.ª 2.ª 3.ª 4.ª 5.ª 6.ª medida medida medida medida medida medida
Tiempo (s)
1
2
3
4
5
6
Velocidad (m/s)
36
72
106
144
180
216
Dibuja un gráfico que represente los valores de tiempo en el eje X y los de la velocidad, en el eje Y. v (km/h)
200
11 Nuestros pulmones contienen aire. Por ese motivo
se comprimen cuando buceamos. Para comprobar este hecho, sumergimos un globo que contiene un litro de aire y se obtienen los valores para la presión y el volumen del globo que se indican en la tabla de datos. Dibuja su representación gráfica y completa.
150
Magnitud
1.ª medida
2.ª medida
3.ª medida
4.ª medida
5.ª medida
100
Volumen (L)
1
0,50
0,33
0,25
0,20
50
Presión (atm)
1
2
3
4
5
0
0
1
2
3
4
5
6
Dibuja un gráfico que represente los valores del
t (s)
El gráfico correspondiente es una línea que pasa por el origen de coordenadas. Por lo tanto, ambas magnitudes son directamente proporcionales; es decir, cuando una de las dos se duplica la otra también se duplica, y si disminuye, la otra también disminuye.
volumen en el eje , en el eje Y.
y los de
10 Al introducir un líquido a 18 °C en un congelador,
se observa que cada dos minutos disminuye su temperatura tres grados centígrados. a) Completa la tabla con los datos del descenso de temperatura hasta 10 minutos. Magnitud
1.ª medida
2.ª medida
3.ª medida
4.ª medida
5.ª medida
6.ª medida
Tiempo (min)
0
2
4
6
8
10
Temperatura ( º C)
18
15
El gráfico corresponde a una curva del tipo , lo que nos indica que ambas magnitudes son
proporcionales;
es decir, cuando una (el volumen) se reduce a la mitad, la otra (la presión)
.
11
2.5. Definición de leyes Después de analizar los resultados podemos confirmar o rechazar las hipótesis y con ello establecemos una ley científica. Una ley científica es el enunciado de una hipótesis confirmada.
2.6. Las teorías Cuando se estudian distintos aspectos de un problema, los científicos pueden llegar a imaginar el porqué de todo ello y enuncian una teoría. Una teoría científica es una explicación a una serie de hechos demostrados mediante leyes científicas. Permite predecir fenómenos desconocidos. Las teorías deben ser revisadas continuamente y solo se consideran ciertas mientras un nuevo descubrimiento no las contradiga. La comunicación de los resultados obtenidos en las investigaciones es esencial para que la ciencia avance.
2.7. Comunicación de resultados Para que la ciencia avance hay que comunicar los resultados de los estudios científicos. Esto se hace publicando un artículo o un libro que tendrá los siguientes apartados: 1. Título. Incluye el título del trabajo, el nombre del autor, el lugar donde hizo la investigación y la fecha. 2. Introducción. Explica brevemente por qué se realiza esa investigación y qué se pretende demostrar. 3. Metodología. Indica cómo se ha realizado el trabajo, qué experiencias se han llevado a cabo o cuál ha sido el material utilizado. Se puede acompañar de fotografías o esquemas. 4. Resultados. Se indican los resultados obtenidos. Si son datos numéricos, se expresan recogidos en tablas o representados en gráficos.
La forma del casco, la ropa, el diseño de la bicicleta y la posición del ciclista están estudiadas para que pueda mantener una velocidad elevada reduciendo el esfuerzo.
5. Discusión de los resultados. Se analizan los resultados para llegar a conclusiones claras. 6. Resumen y conclusión final. Se resume lo que se pretendía con el trabajo y la conclusión más importante. 7. Bibliografía. Se indica una reseña de cada uno de los artículos, libros y otro material publicados anteriormente y que se han consultado durante el desarrollo de la investigación.
2.8. Aplicaciones tecnológicas de la investigación científica En muchos laboratorios industriales o de centros de investigación se llevan a cabo estudios que permiten continuos avances tecnológicos.
La forma del coche está diseñada para que se desplace ofreciendo la menor resistencia al aire. Así se ahorra combustible. 12
En nuestra experiencia hemos visto que la forma de los objetos influye en la velocidad con que caen y la trayectoria que siguen en su movimiento. La aerodinámica es una parte de la física que estudia la influencia de la forma de los objetos en su movimiento. En los laboratorios de aerodinámica se estudian todos los factores relacionados con la forma de los vehículos, de manera que su movimiento sea eficaz.
La ciencia y la medida
ACTIVIDADES 12 Completa el esquema con las siguientes palabras.
• Ley
• Hipótesis
• Gráfico
• Teoría
• Experimentación
• Sí
• Tabla
• Análisis de datos
• No
Observación
1
3. EJEMPLO RESUELTO En un experimento se programa un coche mecánico para que corra a una velocidad determinada y se mide el tiempo que tarda en recorrer una distancia concreta. Observa la tabla.
v (m/s)
t (s)
20
1
10
2
8
2,5
5
4
4
5
2
10
1,25
16
a) Elabora el gráfico correspondiente. b) ¿Qué ley se deduce de este estudio? a) v (m/s) 20 15 10
¿Hipótesis confirmada?
5
Predicción de fenómenos desconocidos
0 0
Publicación de resultados
b) Explica la diferencia entre ley y teoría.
14 Lee la hipótesis siguiente: «Todas las sustancias
líquidas disminuyen de volumen cuando se congelan.» A partir de ahí, diseña un experimento que te permita comprobar si se cumple o no en el caso del agua. ¿Es cierta la hipótesis?
10
15
t (s)
b) La línea de ajuste es una curva hiperbólica:
• «La velocidad del coche mecánico es inversamente proporcional al tiempo que tarda en recorrer una distancia determinada.»
• Fórmula matemática: v ? t = k. En todas las mediciones, el producto de v ? t = 20.
13 Teniendo en cuenta las fases del método científico:
a) Explica la diferencia entre ley e hipótesis.
5
16 A una profundidad de 30 m
(en agua) y con una presión (atm) de 4, nos llenamos los pulmones con dos litros de aire comprimido. Si en estas condiciones subiéramos hasta la superficie sin expulsarlo, los datos que se obtendrían serían los de la tabla.
p (atm)
v (L)
4
2
3
2,67
2
4
1
8
a) Dibuja su representación gráfica.
15 Busca información sobre algún avance tecnológico,
como los coches híbridos, la nanotecnología o la fibra óptica. Elabora un informe e indica en qué consiste el avance, cuándo se desarrolló la investigación y alguna de sus aplicaciones.
b) ¿Qué ley se deduce de este estudio?
13
3 PRESTA ATENCIÓN • El símbolo de las unidades se escribe en minúscula, excepto si son unidades que llevan el nombre de una persona: m (metro), N (newton). • El símbolo de los múltiplos y los submúltiplos se escribe antes que la letra de la unidad: km, cL, etc.
La medida
La física y la química son ciencias experimentales. Su trabajo requiere medir características de la materia o de los cambios que experimenta. Se dice que la física y la química son las ciencias de la medida.
3.1. Magnitud y unidad Llamamos magnitud a cualquier característica de la materia, o de los cambios que experimenta, que se puede medir, es decir, que se puede expresar con un número y una unidad.
• Los símbolos nunca llevan la «s» para indicar el plural. Así, ocho kilómetros se escribe 8 km y no 8 kms.
La masa o la temperatura, por ejemplo, son magnitudes. Podemos decir que la masa de un cuerpo es de 60 kg y su temperatura es de 30 ºC.
Masa de un cuerpo 5 60 kg magnitud
cantidad unidad
3.2. El Sistema Internacional de unidades (SI) Magnitudes del sistema internacional Magnitud
Símbolo
Unidad
Longitud
ℓ
m
Masa
m
kg
Tiempo
t
s
Temperatura
T
K (kelvin)
Intensidad de corriente
I
A (amperio)
Intensidad luminosa
Iv
cd (candela)
Cantidad de sustancia
n
mol
Prefijos utilizados para los múltiplos y los submúltiplos de las unidades Factor
Prefijo
Símbolo
109
giga
G
10
mega
M
103
kilo
k
102
hecto
h
10
6
deca
da
10
-1
deci
d
10-2
centi
c
10-3
mili
m
10-6
micro
n
10
nano
n
-9
14
Para facilitar la comprensión de los estudios experimentales los científicos han elegido siete magnitudes fundamentales y la unidad base de cada una. Las magnitudes fundamentales son las más básicas. Todas las demás se llaman magnitudes derivadas y se pueden expresar en función de las magnitudes fundamentales. El Sistema Internacional de unidades (SI) está formado por las siete magnitudes fundamentales y sus unidades básicas. Para llevar a cabo la medición de una magnitud disponemos de una gran diversidad de unidades. Por ejemplo, para medir la longitud de la clase podríamos utilizar el metro, el centímetro, etc. Pero para poder comparar lo que medimos es importante que usemos siempre las mismas unidades. Por eso, existe un Sistema Internacional de unidades (SI) que asigna a cada magnitud una unidad de medida. En este sistema tenemos siete magnitudes, llamadas magnitudes fundamentales. La longitud o la masa son magnitudes fundamentales. Las magnitudes obtenidas cuando se combinan las magnitudes fundamentales se llaman magnitudes derivadas. La superficie es un ejemplo de magnitud derivada. La expresamos como el producto de dos longitudes: la longitud y la anchura. La unidad de superficie en el SI es el metro cuadrado (m2). A veces, las unidades no resultan útiles para medir ciertas magnitudes. Por ejemplo, el metro puede resultar demasiado grande para medir el tamaño de las células y muy pequeño para medir la distancia entre la Tierra y el Sol. En estos casos, se utiliza los múltiplos y los submúltiplos de las unidades, que se denominan con prefijos. Por ejemplo, el kilómetro es múltiplo del metro y el gramo es un submúltiplo del kilogramo.
La ciencia y la medida
ACTIVIDADES 17 Completa con las palabras que faltan.
a) Una
22 Indica cuáles de estas unidades pertenecen al SI
y qué magnitud miden en cada caso.
es cualquier
Unidad
característica de la materia que podemos medir,
y
SI
Velocidad
✓
3
kg/m
.
g
es compararla con una
cantidad de
Magnitud
m/s
es decir, que podemos expresar con
b) Medir
1
ºC
que llamamos
h (hora)
.
m3
c) Las magnitudes
se pueden
expresar en función de las magnitudes . 18 Marca cuáles de estas características
de la materia son magnitudes. El volumen que ocupa.
La temperatura.
El sabor.
El color.
19 Indica qué magnitudes pueden medir las siguientes
unidades. Unidad
Magnitud
Una mano
23 Escribe el símbolo adecuado para estas unidades
y la equivalencia con la unidad correspondiente del SI. Por ejemplo, decagramo: dag = 101 g. a) Miligramo: b) Kilolitro: c) Terametro: d) Nanosegundo: 24 Escribe con todas las letras las siguientes
cantidades y la equivalencia con la unidad correspondiente. Por ejemplo, μm es un micrómetro y equivale a 10-6 m. a) hL:
Un lápiz Una moneda de euro Un grano de arroz
b) ks: c) Mg: d) cL:
Una taza 25 Ordena de mayor a menor en cada apartado.
Una pulgada
a) 154,5 cm ;
20 000 nm
;
0,000154 km
b) 25 min
;
250 s
;
0,25 h
c) 36 km/h
;
9 m/s
;
990 cm/s
d) 2,7 kg/L
;
1270 kg/m3 ;
13,6 g/mL
20 Asocia las siguientes longitudes con el ejemplo
correspondiente y ordénalas de mayor a menor. • 5 ? 10-3 m
Altura de Pau Gasol.
• 107 m
Radio de la Tierra.
• 2,15 m
Longitud de una hormiga.
21 Asocia las masas con el ejemplo correspondiente y
ordénalas de mayor a menor. • 1024 kg
Un coche de Fórmula 1.
• 600 kg
Un mosquito.
• 10-6 kg
El planeta Tierra.
26 El disco duro de mi ordenador tiene 500 gigabytes.
Si le conectamos un disco duro externo de 2 terabytes, ¿cuánto aumentará su capacidad de almacenaje?
15
3.3. Cambio de unidades y factores de conversión
RECUÉRDALO Para encontrar el factor de conversión adecuado:
Para poder cambiar unidades de la misma magnitud o calcular las equivalencias entre los múltiplos y los submúltiplos de una unidad de medida determinada, se utilizan los factores de conversión.
1. Escribe la cantidad que quieres cambiar de unidad.
Un factor de conversión es una fracción que tiene en su numerador y en su denominador la misma cantidad, pero expresada en distintas unidades.
0,27 nm 2. Escribe al lado una fracción con esta unidad (nm) y la unidad en la que la quieres convertir (m). Hazlo de manera que se simplifique la unidad de partida (nm). 0,27 nm ?
4. EJEMPLO RESUELTO La velocidad de un coche es 90 km/h. Exprésala en m/s. Emplea los factores de conversión correspondientes:
m nm
90
3. Al lado de cada unidad pon su equivalencia con la otra. 0,27 nm ?
0,27 nm ?
1.r factor de conversión
10-9 m 1 nm
4. Simplifica lo que sobre y expresa el resultado final.
10-9 m = 0,27 ? 10-9 m 1 nm
km 10 3 m 1h m ? ? = 25 s h 1 km 3.600 s
2.º factor de conversión
3.4. Notación científica A veces, el resultado de una operación con la calculadora es un número muy grande o muy pequeño, y no siempre nos conviene utilizar múltiplos o submúltiplos para expresarlo. La notación científica consiste en escribir las cantidades con una cifra entera, los decimales y una potencia de diez. Notación científica Parte decimal
0,000 7 82 0 " 7, 82 ? 10-4 Parte entera
Potencia de 10
La notación científica es una manera de escribir números que facilita su lectura y comprensión. La distancia a la Nebulosa de Orión es de 1270 años luz. Para expresar este valor en otras unidades es aconsejable emplear la notación científica: 1,2 ? 1016 km
5. EJEMPLO RESUELTO Escribe con notación científica los siguientes números: a) 346 000
1. Observa el número original. 2. Escribe la primera cifra distinta de cero, luego coma y después las cifras restantes. No pongas los ceros a la derecha. 3. Cuenta los lugares que tienes que desplazar la coma hasta que quede solo una cifra entera. Ese valor será el exponente que usarás.
16
b) 0,0000640 A
B
346 000
0,0000640
3,46
6,4
!!!!! 3 4 6 0 0 0 " 3,46 ? 105
!!!!! 0, 0 0 0 0 6 4 0 " 6,4 ? 10-5
Si el número era mayor que uno, la potencia será positiva.
Si el número era menor que uno, la potencia será negativa.
La ciencia y la medida
ACTIVIDADES 27 Efectúa las siguientes transformaciones.
a) 15,48 hm "
30 Ordena las siguientes velocidades de mayor a menor.
m
b) 789 dg "
1
a) 36 km/h
b) 9 m/s
c) 990 cm/s
kg
c) 768,5 cm2 "
dm2
d) 7 m3 "
31 Escribe estas cantidades en notación científica.
dm3
a) 300 000 km/s b) 0,004523 kg
RECUÉRDALO
c) 9798,75 cm Relación entre unidades de volumen y capacidad:
m3
dm3
cm3
kL
L
mL
d) 0,00000000076 km 32 Expresa los siguientes números en forma decimal.
28 Expresa las siguientes cantidades en las unidades
indicadas. 3
a) 25 dm
a) 3,6 ? 10-8 b) 64 ? 105
"
dL
b) 78,43 cL "
c) 2,7 ? 10-5 3
cm
29 El aire de una habitación tiene una densidad de
1,225 en unidades del SI. Exprésala en g/L.
d) 6,789 ? 108 33 La luz se desplaza a 300 000 km/s. Calcula su
velocidad en m/s y expresa el resultado en notación científica.
4. EJEMPLO RESUELTO Expresa en el Sistema Internacional las velocidades de las pelotas más rápidas en el deporte y ordénalas de menor a mayor. a) Fútbol " 140 km/h
Cómo se usa la calculadora científica
b) Tenis " 67 m/s d) Golf " 5,7 km/min La unidad fundamental de longitud en el SI es el metro y la del tiempo, el segundo.
Las operaciones aritméticas se simplifican mucho utilizando la calculadora científica. Uso de la tecla exponencial exp La tecla exp significa «10 elevado a».
Recuerda:
• P ara calcular: 5 ? 106 tienes que pulsar:
• 1 km = 1000 m
5 exp 6
• 1 h = 3600 s; 1 min = 60 s a) Fútbol: 140 km/h ?
1.000 m 1h ? = 38,9 m/s 3.600 s 1 km
b) Tenis: 67 m/s; no es necesario cambiar las unidades porque ya estaban en el SI. d) Golf: 5,7 km/min ?
1.000 m 1 min ? = 95 m/s 60 s 1 km
Por lo tanto, el orden de las velocidades de menor a mayor será: fútbol < tenis < golf
-2
• P ara calcular 8 ? 10
tienes que pulsar:
8 exp 2 !
(Según el modelo de calculadora, el signo se pone antes o después del exponente.) Utilización de paréntesis Cuando efectúas varias operaciones enlazadas, deberás usar paréntesis. Para calcular: 6 ? (8 + 2) tienes que pulsar: 6 × (
8 + 2
) =
17
4
El trabajo en el laboratorio
4.1. Normas de seguridad en el laboratorio Una buena parte del trabajo que desarrollan los físicos y los químicos se realiza en los laboratorios. Es también ahí donde los estudiantes de estas ciencias llevan a cabo sus estudios. Son unas instalaciones en las que hay materiales frágiles y precisos y productos que pueden ser peligrosos. Para trabajar con seguridad y provecho en el laboratorio, debes seguir las siguientes normas.
1. Observa dónde están las salidas y los equipos de emergencia. Aprende a utilizar los lavaojos por si te salpica algún producto.
7. Lávate bien las manos cuando salgas del laboratorio.
2. Utiliza guantes y gafas de seguridad cuando sean necesarios.
9. No manejes ningún producto desconocido. Si algún frasco no tiene etiqueta, no lo uses y avisa al profesor.
3. Haz solo los experimentos que te indique tu profesor o profesora; no trates de hacer pruebas por tu cuenta.
10. Maneja los aparatos eléctricos con seguridad y nunca con las manos mojadas.
4. Ordena la mesa. Deja los libros y la ropa en el lugar apropiado.
11. Utiliza material limpio para coger un producto de un frasco, a fin de evitar contaminar todo el recipiente.
5. No te muevas más de lo necesario. No corras ni juegues.
12. Al terminar la práctica, deja el material limpio y ordenado, y los productos en su sitio.
6. No comas, ni bebas ni masques chicle.
18
8. No toques, huelas ni pruebes los productos del laboratorio.
La ciencia y la medida
13. No pipetees los líquidos con la boca; utiliza siempre las piezas de seguridad.
14. No utilices material de vidrio roto; si se te rompe algo, avisa al profesor o profesora.
15. Si tienes que calentar un tubo de ensayo, sujétalo con unas pinzas. Haz que se mantenga inclinado de forma que su boca no apunte hacia ti ni a ningún compañero.
16. Si necesitas utilizar un instrumento o aparato, procura cogerlos de uno en uno, y si manejas algún producto de un frasco, ciérralo inmediatamente después.
17. Si necesitas tirar algo, pregunta al profesor cómo puedes hacerlo para evitar verter posibles líquidos contaminantes.
18. Si utilizas material de precisión (balanzas, cronómetros, calibrador, etc.), procura no golpearlo, mojarlo ni que coja polvo. Así evitas que se deteriore.
1
19
4.2. Técnicas básicas de laboratorio A continuación, repasamos algunas operaciones que son muy frecuentes en el trabajo de laboratorio. SABER HACER Manipular sólidos
Pesar sustancias
• Utiliza guantes de látex. No toques los productos con las manos.
• Enciende la balanza y espera a que marque cero.
• Agrega los productos sólidos con la espátula; no uses las manos.
• Coloca sobre el platillo el recipiente en el que vas a pesar.
• Deposita los productos sólidos en un recipiente de vidrio o de cerámica.
• Pulsa el botón Tara para que la balanza se ponga nuevamente a cero: indica que va a descontar la masa del recipiente.
• Para remover emplea una varilla de vidrio. • Sujeta los recipientes con firmeza para evitar que se caigan.
Manipular líquidos
Medir volúmenes
• Utiliza guantes de látex. No derrames líquidos.
• Para medir el volumen de un líquido con exactitud se emplean pipetas, probetas o buretas graduadas.
• Para tomar una pequeña cantidad de líquido puedes utilizar una pipeta Pasteur o cuentagotas. Para coger cantidades mayores puedes utilizar pipetas, probetas o buretas. • Si no necesitas medir exactamente la cantidad de líquido, puedes utilizar vasos u otros matraces. • Utiliza un embudo para echar líquido en un recipiente estrecho. • Las pipetas permiten coger y soltar líquido. Para asegurarte de que lo sabes utilizar, haz pruebas cogiendo y soltando distintas cantidades de agua.
20
• Pon dentro del recipiente la sustancia que vas a pesar y lee su masa en la balanza.
• Cuando el líquido asciende por un tubo estrecho, su superficie se curva formando un menisco. • La medida es la que indica la parte inferior del menisco. • Para evitar error de paralaje en la medida, el recipiente debe estar apoyado sobre una superficie horizontal y nuestros ojos deben estar a la altura del menisco. Menisco
Aforo
La ciencia y la medida
1
INVESTIGA
RELACIÓN ENTRE LA MASA Y EL VOLUMEN DE UNA SUSTANCIA Observando a nuestro alrededor parece que el volumen que ocupa una determinada cantidad de sustancia es mayor cuanto mayor es la cantidad de la misma. Planteamos un estudio siguiendo el método científico. Elegimos como sustancia el agua y realizamos esta experiencia:
MATERIAL • Tres probetas de diferente capacidad. • Una balanza electrónica.
PROCEDIMIENTO 3
2
1. Primero, enciende la balanza, coloca la probeta pequeña encima y tárala. 1
2. Echa agua en la probeta y colócala en la balanza. Anota la masa y el volumen.
3. Repite los pasos 1 y 2 con la probeta mediana.
ACTIVIDADES
Resultados experimentales Completa la tabla con los resultados que obtengas en tu experimento. Probeta 1 (… mL) Masa (g) Volumen (mL)
4. Luego repite los pasos 1 y 2 con la probeta grande.
Probeta 2 (… mL)
Probeta 3 (… mL)
34 APRENDIZAJE COOPERATIVO. Trabajando
en grupo, elabora un informe científico que recoja este estudio y los apartados: • Título • Introducción • Metodología • Resultados • Discusión de los resultados • Resumen y conclusión final
21
SABER HACER TÉCNICA. Analizar un gráfico
Cuando se mide la temperatura del líquido refrigerante (anticongelante) de un coche una vez que el vehículo se ha detenido en un garaje a 14 °C de temperatura ambiente, se obtiene un gráfico como el siguiente:
90
Temperatura (°C)
80 70 60 50 40 30
Tiempo (h)
20 10 0
1
2
3
4
35 Contesta.
5
c) ¿Pertenecen estas unidades al Sistema Internacional?
8
representase en kelvin? ¿Y si el tiempo se midiese en minutos? 41 ¿Qué forma tendría el gráfico si la temperatura del
refrigerante disminuyese a un ritmo constante? Elige la opción correcta.
d) ¿Qué representa la línea trazada? 36 Fíjate en los ejes y responde.
7
40 ¿Qué forma tendría el gráfico si la temperatura se
a) ¿Qué magnitudes aparecen representadas en el gráfico? b) ¿Qué unidades se han empleado?
6
a)
c)
T
T
a) ¿Cuál era la temperatura inicial del líquido refrigerante? b) ¿Cada cuánto tiempo se ha medido la temperatura del refrigerante? 37 ¿Cómo varía la temperatura del refrigerante a medida
t
b)
t
d)
T
T
que transcurre el tiempo? 38 ¿Disminuye la temperatura del refrigerante a un ritmo
constante? 39 Calcula la temperatura media de enfriamiento
(en ºC/hora), sabiendo que al cabo de ocho horas la temperatura del refrigerante es de 14 ºC. 22
t
42 Dibuja ahora una nueva gráfica correspondiente al caso
en que el coche se aparca en la calle un día de invierno a una temperatura de 0 °C.
t
La ciencia y la medida
RESUMEN
1
CIENCIA O CIENCIAS • Materia es todo aquello que ocupa un lugar en el • Las propiedades
y que tiene
.
no permiten identificar una
Son propiedades
.
la masa y el
• Las propiedades
.
son aquellas que tienen un valor característico
para cada tipo de
. Ejemplos: la densidad y la
.
• La densidad es una propiedad que mide la cantidad de por unidad de
(d = masa /
• La física y la química son ciencias
Madera
). . La
estudia cualquier cambio que experimenta la materia en la que no cambie su naturaleza interna. La
Grafito
estudia cómo está constituida la materia.
La madera y el grafito tienen propiedades diferentes.
EL MÉTODO DE LAS CIENCIAS EXPERIMENTALES • El método los
es el procedimiento que se sigue para estudiar y llegar a
ciertas.
Sigue una serie de pasos: 1. Observación.
4. Análisis de resultados.
2.
3.
6.
5.
LA MEDIDA • Una
7. Publicación de resultados.
Magnitudes fundamentales del SI
es cualquier propiedad de la materia
que puede ser
; es decir, que puede ser expresada
con un número y una
Magnitud
Unidad
Longitud
Metro
Símbolo
kg
. Segundo
• El metro, el kilogramo, el segundo son ejemplos de unidades correspondientes a magnitudes
.
• Las magnitudes
A Candela
son las que se obtienen en función
de las magnitudes fundamentales. Por ejemplo, el cuadrado, el
Temperatura
Cantidad de sustancia
cúbico o el m/s.
EL TRABAJO EN EL LABORATORIO Bien Correr para terminar antes.
Mal
✓
Probar los productos químicos. Lavarse las manos al salir. Improvisar para hacer nuevos experimentos. Verter líquidos en el fregadero. Ordenar la mesa.
23
